Forma de rosquilla 2D (izquierda:antes de la deformación) y forma cilíndrica 3D (derecha:después de la deformación). Crédito:Universidad Tecnológica de Toyohashi.
Un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería de Información Eléctrica y Electrónica y EIIRIS de la Universidad Tecnológica de Toyohashi ha desarrollado un dispositivo kirigami en forma de rosquilla para grabaciones EMG. El dispositivo propuesto reduce el desplazamiento del dispositivo sobre una gran superficie muscular deformable. Los registros EMG precisos y robustos ofrecen interfaces hombre-máquina basadas en señales EMG que permiten el control de la prótesis para los amputados. Los resultados de su investigación se publicaron en un número de Materiales avanzados para el cuidado de la salud el 5 de diciembre 2019. El artículo también apareció en la contraportada interior.
Es necesario un registro de señal EMG preciso y robusto en las interfaces hombre-máquina basadas en señales EMG para permitir el control de la prótesis para los amputados utilizando su músculo residual. En 2017, el mismo equipo de investigación propuso previamente un dispositivo de electrodo que utiliza la estructura kirigami para la integración íntima del dispositivo electrónico y los tejidos biológicos. (Y. Morikawa et al) El notable potencial de la estructura kirigami proviene de su alta capacidad de estiramiento, incluida su alta relación de deformación y la pequeña fuerza necesaria para aplicar durante los estiramientos del dispositivo. La estructura del kirigami se puede estirar con una fuerza de tensión baja y sus características mecánicas son similares a las de los tejidos biológicos blandos. como en el cerebro y los músculos. Sin embargo, Es un desafío obtener un registro de bioseñal preciso y robusto sin desplazamiento del electrodo. El desplazamiento del dispositivo ocurre cuando el dispositivo kirigami se aplica a tejidos biológicos, como el corazón y los músculos, que sufren una gran deformación.
Un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Eléctrica y el EIIRIS de la Universidad Tecnológica de Toyohashi ha desarrollado un dispositivo kirigami en forma de rosquilla para la grabación EMG a fin de resolver el problema del desplazamiento del dispositivo durante la deformación muscular.
Dispositivo kirigami fabricado en forma de rosquilla (recuadro:electrodos incrustados). Crédito:Universidad Tecnológica de Toyohashi.
Imagen esquemática que muestra la grabación de la señal EMG (izquierda) y fotografía que muestra el dispositivo kirigami en forma de rosquilla unido a la superficie del músculo (derecha). Crédito:Universidad Tecnológica de Toyohashi.
La estructura de kirigami en forma de rosquilla puede transformarse de una forma de rosquilla bidimensional a una forma cilíndrica tridimensional. La forma cilíndrica es adecuada para numerosos tejidos biológicos deformables de forma esférica o columnar (por ejemplo, miembros superiores, miembro inferior, dedo, abdomen, y corazón). El dispositivo kirigami en forma de rosquilla lleva a cabo el mecanismo de fijación a los tejidos diana y reduce el desplazamiento del dispositivo durante la deformación del tejido con una tensión mínima sobre el tejido biológico. La capacidad de grabación del dispositivo propuesto se confirmó mediante la grabación de la señal EMG de la extremidad trasera de un ratón, que indica la posibilidad de utilizar el dispositivo para una interfaz hombre-máquina basada en EMG.
"La primera demostración con nuestro dispositivo kirigami en forma de hoja convencional no pudo seguir la deformación de un corazón latiendo. Hablamos de la estructura del dispositivo, lo que permite que el dispositivo siga tejidos deformables. En el experimento preliminar, usamos un papel, que fue modelada en la forma de rosquilla propuesta del kirigami por el cortador de cajas, y demostramos sus capacidades elásticas y deformables para el músculo. Sin embargo, No estaba claro si el dispositivo donut-kirigami a microescala muestra estas propiedades del dispositivo o no. Los exploramos a través de la fabricación del dispositivo utilizando el proceso de microfabricación y las caracterizaciones del dispositivo, y confirmamos que el dispositivo fabricado exhibió la deformación esperada en contra de nuestro pensamiento, "explica el primer autor del artículo, Doctor. candidato Yusuke Morikawa.
El dispositivo kirigami en forma de rosquilla todavía necesita mejoras adicionales en términos de durabilidad y la densa matriz de microelectrodos. Es más, La influencia de las implantaciones del dispositivo en los tejidos biológicos debe aclararse si se utiliza durante un período prolongado. Sin embargo, Se espera que el dispositivo propuesto sea aplicable a una interfaz hombre-máquina basada en EMG y contribuya a mejorar la calidad de vida de los amputados.
